Table ronde de la direction :Détection et IIoT

Les industries manufacturières connaissent une transformation numérique dans le monde entier, stimulée par la pandémie de COVID-19, qui accélère l'adoption de l'industrie 4.0. Ce passage au numérique alimente les progrès des capteurs intelligents qui non seulement capturent les données de détection, mais interprètent également ces données en informations exploitables pour une variété d'applications dans l'espace de l'Internet industriel des objets (IIoT).

Le marché des capteurs intelligents devrait croître à un TCAC de 19 % sur la période de prévision (2021-2026), selon Market Research Future. Qu'est-ce qui motive la demande croissante de capteurs intelligents et quelles industries s'attendront à voir la plus grande demande de technologie de capteurs dans les années à venir ? Fiches techniques ont posé des questions à quatre experts du secteur pour recueillir leur avis sur les perspectives d'avenir des capteurs intelligents et de l'IIoT.

Parmi les participants à notre table ronde figurent Dean Bartles, directeur général et président du groupe de déploiement des technologies de fabrication , Jeffrey Case, directeur de l'ingénierie de conception et du NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Brad Walters, fondateur et PDG, Monnit , Aric Prost, directeur mondial principal, OEM, Stratus Technologies .

Fiches techniques : L'utilisation de capteurs "intelligents" est de plus en plus répandue à mesure que l'IIoT et l'industrie 4.0 sont plus courants dans la fabrication. Comment les capteurs intelligents sont-ils utilisés pour améliorer la fabrication ?

Doyen Bartles : Un excellent exemple de la façon dont les capteurs intelligents sont utilisés pour améliorer la fabrication est un programme que mon entreprise a avec le DOD pour établir un prototype de chaîne d'approvisionnement de fabrication additive. Il existe un énorme désir d'adopter des pièces fabriquées avec des additifs métalliques sur les marchés de l'aérospatiale et de la défense. Les avantages incluent la complexité de la conception, la vitesse de production, la légèreté, etc. Cependant, la variabilité actuellement constatée dans les pièces métalliques produites de manière additive d'une machine à l'autre et même d'une pièce à l'autre reste un obstacle majeur à l'adoption. À l'aide de capteurs et d'un appareil de périphérie IoT, nous collectons des données de processus en temps réel pendant le processus d'impression, telles que l'énergie laser, la vitesse de numérisation, l'espacement des hachures, l'humidité de la chambre, etc., puis nous fournissons ces données au client avec les pièces produites. Le client est alors en mesure d'interroger le fichier de données pour s'assurer que tous les paramètres ont été maintenus dans une plage spécifiée tout au long du processus de construction, offrant ainsi un niveau de confiance plus élevé dans l'intégrité des pièces.

Affaire Jeffrey : Des capteurs intelligents sont déployés dans les usines de fabrication de tous les secteurs pour collecter des informations critiques qui, avec une analyse correcte, peuvent créer des solutions qui réduisent ou éliminent les temps d'arrêt imprévus (coûts de remplacement des pièces, main-d'œuvre et coûts d'opportunité manqués) ; augmenter la sécurité en remplaçant les capteurs montés en permanence pour les mesures nécessitant une intervention humaine ; et améliorez la productivité grâce à un contrôle de rétroaction précis et à la surveillance des variations du processus de production, garantissant la stabilité de la fabrication.

Brad Walters : Accroître l'efficacité est l'un des principaux avantages de l'intégration d'une plate-forme de capteurs intelligents dans les environnements de fabrication. Les capteurs intelligents créent des usines plus intelligentes où vous pouvez surveiller, contrôler et améliorer pratiquement tous les aspects des opérations avec des informations en temps réel basées sur les données ; prévoir la maintenance des équipements et déclencher rapidement des protocoles avant un dysfonctionnement ou une panne ; automatiser l'enregistrement des données pour rationaliser l'analyse des tendances, la tenue des dossiers et la conformité réglementaire ; et être alerté des problèmes d'environnement et d'équipement. Les capteurs qui connectent les personnes, les machines, les équipements et les stocks aux capacités d'autonomisation de l'IIoT permettent aux fabricants de produire avec plus de transparence, d'efficacité et de qualité globale.

Aric Prost : La diminution considérable du coût des capteurs et des émetteurs, associée aux améliorations de la technologie sans fil, a permis aux équipementiers, aux constructeurs de machines et aux équipes d'exploitation d'installer des capteurs et de collecter des données auparavant inaccessibles. C'est l'avantage industriel où les données sont générées, et la capacité de mesurer plus de variables de processus avec plus de précision offre une meilleure compréhension et tient la promesse de l'IIoT et de l'Industrie 4.0. L'opportunité est un bond en avant dans la surveillance et le contrôle pour obtenir les résultats souhaités tels que des produits de meilleure qualité, moins de temps d'arrêt ou une amélioration du rendement.

Fiches techniques : La fusion des données de capteurs offre la possibilité de combiner différentes technologies de capteurs dans une seule application. Quels sont les défis auxquels les fabricants sont confrontés pour gérer et utiliser efficacement le volume croissant de données collectées ?

Doyen Bartles : La prolifération des capteurs dans le secteur manufacturier est essentielle pour tirer pleinement parti de l'efficacité promise par l'Industrie 4.0. Cependant, comme la technologie des capteurs devient omniprésente dans les ateliers de fabrication du monde entier, la capacité à utiliser de manière optimale les données générées peut être gravement handicapée à moins que les données des différents capteurs ne puissent être harmonisées dans un format de langage commun. Les normes seront la clé pour rendre cette harmonisation possible. L'une de ces normes qui a déjà été largement adoptée est MTConnect. Avec des données uniformes, les développeurs et les intégrateurs peuvent se concentrer sur des applications de fabrication utiles et productives plutôt que sur la traduction, ce qui sera la clé du succès de la fusion des données des capteurs à l'avenir.

Affaire Jeffrey : Les défis de la fusion de capteurs incluent la synchronisation des différents types de capteurs et systèmes de capteurs, en particulier lorsqu'il y a une dépendance temporelle, et la garantie de réseaux de communication compatibles. De plus, l'edge computing devient de plus en plus critique au niveau des capteurs pour minimiser la quantité de données collectées et analysées, affectant à la fois la puissance de traitement et les exigences de stockage des données.

Brad Walters : La fusion des données de capteurs est un avantage clé de l'IIoT, car les décisions prises à partir de plusieurs points de données sont des décisions de plus grande valeur. Mais cela peut être un défi lorsque les fabricants se procurent différents systèmes de capteurs auprès de différents fournisseurs et regroupent eux-mêmes toutes les données. Vous pouvez gérer efficacement le volume de données en disposant d'une plate-forme de capteurs unique qui intègre des types de capteurs combinés à l'agrégation de données, au filtrage, aux algorithmes de fusion et à la déduplication redondante des données à la périphérie. Le réducteur de volume de données le plus précieux que vous puissiez avoir est le traitement et le filtrage des bords via une passerelle au niveau du capteur. Il est idéal pour les capteurs de signaler immédiatement les événements et les dépassements de seuil lorsqu'ils détectent des conditions préconfigurées, plutôt que de signaler constamment des données triviales à intervalles fréquents. De cette façon, un système de capteurs avec une passerelle périphérique peut rapidement fusionner les données pertinentes de tous les types de capteurs et utiliser un ensemble robuste d'API pour mélanger et faire correspondre simultanément les données d'autres systèmes d'analyse.

Aric Prost : Les fabricants sont confrontés à quelques défis en raison du volume de données de périphérie créées. Premièrement, les données d'une usine ou d'une installation typique proviennent de capteurs fabriqués par plusieurs fournisseurs qui utilisent différents protocoles de communication. Ces données doivent être collectées et intégrées. Deuxièmement, les emplacements périphériques - même l'atelier - sont confrontés à des problèmes de bande passante et de latence lorsqu'ils sont transmis à la salle de contrôle, et encore moins au cloud. La capacité d'analyser ces données de pointe et de les traduire en informations dépend de leur disponibilité et de leur fiabilité. L'analyse prédictive ou les applications d'IA s'appuient sur ces ensembles de données complets. Toute lacune de communication dans les données ou l'indisponibilité de l'équipement peut perturber ces modèles avancés. Pour relever ces défis, y compris la fusion des données des capteurs, les organisations déploient l'informatique de pointe pour collecter des informations à proximité des équipements, assurer le traitement et l'historisation afin d'éviter les temps d'arrêt et la perte de données.

Fiches techniques : Si les installations utilisent plusieurs capteurs et systèmes connectés, comment s'assurent-elles qu'elles sont correctement sécurisées pour se protéger contre les accès extérieurs indésirables ?

Doyen Bartles : Le moyen le plus sûr de se prémunir contre les accès extérieurs indésirables est de tout « isoler ». En d'autres termes, évitez l'utilisation de capteurs Wi-Fi et déployez à la place des capteurs câblés et des appareils périphériques IoT câblés et faites passer toutes les données par un appareil de cybersécurité qui chiffre et symbolise tout ce qui quitte l'installation. Alors que les équipementiers continuent à favoriser la "transparence" dans les opérations de fabrication de leurs fournisseurs, les solutions technologiques seront primordiales.

Affaire Jeffrey : Bien qu'il n'y ait pas de solution miracle en matière de cybersécurité industrielle, la segmentation du réseau est la pierre angulaire de la protection des réseaux privés contre les vulnérabilités potentielles. Les systèmes de capteurs doivent être configurés sur un réseau isolé des systèmes internes, et l'accès aux réseaux du système de capteurs doit être limité au minimum requis. Nous encourageons tous nos clients IIoT à suivre les meilleures pratiques de cybersécurité sur leurs réseaux de systèmes de capteurs internes et/ou nos systèmes de capteurs, en tirant parti des technologies standard de l'industrie.

Brad Walters : La sécurité doit être maintenue à tous les points de communication entre le capteur, la passerelle, le réseau, le contrôleur de réseau et le cloud. Une initiative robuste de gouvernance de la sécurité des appareils et des données IoT pour appliquer les politiques peut aider à protéger le réseau de capteurs et les données d'une entreprise. Vous ne pouvez pas non plus mettre toutes vos protections dans des forteresses comme des pare-feu, mais laissez le capteur de température sur l'aquarium du hall vulnérable. Si vous utilisez un système de gestion des capteurs, vous limitez les points d'entrée extérieurs. Quoi qu'il en soit, chaque système doit être vérifié pour la sécurité individuellement, puis dans son ensemble.

Aric Prost : La cybersécurité est au cœur de la technologie opérationnelle, et la notion d'actifs isolés est de moins en moins réaliste à mesure que de plus en plus d'équipements sont connectés. En déployant des plates-formes informatiques de pointe avec virtualisation intégrée, les équipes OT et IT ont les moyens d'exécuter des logiciels de cybersécurité à proximité d'équipements critiques aux côtés d'autres applications logicielles industrielles. Dans ce cas, la plate-forme informatique de périphérie exécutant le logiciel de sécurité se situe entre les capteurs ou les automates programmables et le reste du réseau.

Fiches techniques : Dans quels secteurs pensez-vous voir la plus forte demande de technologie de capteurs au cours des cinq prochaines années ?

Doyen Bartles : Des progrès significatifs ont déjà été réalisés par de grandes entreprises dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense, de l'automobile, de l'alimentation, du médical, de la chimie, etc. Donc, je ne pense pas que la question devrait être "quelles industries" mais "qui" à l'intérieur des différentes industries. où nous verrons la plus grande demande. De toute évidence, les petits et moyens fabricants ("SMM") ont le plus à gagner en adoptant la technologie des capteurs dans leurs opérations de fabrication. Une enquête récente menée par le Manufacturing Leadership Council de la National Association of Manufacturers a classé « Faire passer la visibilité, la transparence et la prévisibilité de bout en bout de la chaîne d'approvisionnement au niveau supérieur » comme la deuxième chose la plus importante pour 2022. la transparence, la visibilité et la prévisibilité de leur chaîne d'approvisionnement qu'ils souhaitent, les SMM devront déployer une technologie de capteurs bien supérieure à celle dont ils disposent à ce jour.

Affaire Jeffrey : À mesure que les capteurs se généralisent avec les améliorations de la technologie de détection, l'informatique de pointe, l'intelligence artificielle et la prolifération des réseaux de communication industriels 4.0, la plus grande demande de technologie de capteur concernera toutes les opérations de fabrication dans presque tous les marchés/industries. Les applications de maintenance préventive et d'automatisation des processus sont à l'origine de cette demande sans précédent dans la fabrication industrielle. Une grande variété de technologies de détection sont déployées sur le marché de l'automatisation des processus pour faciliter un contrôle plus strict des processus de fabrication. Alors que les capteurs ont traditionnellement été déployés dans ces applications, l'industrie 4.0 fournit des capteurs connectés à Internet capables de collecter, de transférer et d'afficher des données via des autoroutes numériques établies avec une intervention humaine minimale. Cette infrastructure peut facilement satisfaire le retour sur investissement d'une entreprise et stimulera considérablement les ventes de capteurs au cours des cinq prochaines années et au-delà.

Brad Walters : Il est facile de voir que la maintenance prédictive, la surveillance et le contrôle à distance et les systèmes autonomes dans pratiquement tous les secteurs continueront de dépendre fortement des progrès de la technologie des capteurs intelligents. Par exemple, les innovateurs dans les secteurs du pétrole et du gaz, de l'agriculture, de la production d'énergie et d'électricité, de la chimie et de l'exploitation minière et des transports s'appuient sur les capacités étendues des capteurs sans fil qui offrent une longue portée, une faible puissance et une longue durée de vie de la batterie. Alors que les fabricants, les soins de santé et les villes intelligentes cherchent à être plus efficaces, les solutions de détection qui accélèrent les fonctionnalités 4G LTE et 5G, éliminent les interférences de fréquence et permettent l'informatique de périphérie à accès multiple seront très précieuses. Les industries qui intègrent efficacement les capteurs intelligents contribueront à propulser l'évolution de l'IIoT vers la prochaine révolution industrielle.

Aric Prost : Nous constatons que la plus grande demande de technologie de capteur ne provient pas d'industries spécifiques, mais de cas d'utilisation spécifiques au sein d'industries où les actifs et les processus sont éloignés ou inaccessibles, critiques à mesurer, à grande vitesse et où la sécurité est un facteur important. La technologie des capteurs sera essentielle pour mettre à l'échelle l'automatisation et la gestion à distance dans ces cas. Il existe une gamme d'exemples qui recoupent notamment la fabrication discrète - machines d'emballage complexes, robotique, fabrication de métaux; Eau et eaux usées - stations de pompage à distance et sans personnel, débitmètres ; Production d'énergie - panneaux solaires, parcs éoliens et sous-stations ; Pétrole et gaz - stations de pompage, stations de mesure de débit, plates-formes de production et bien d'autres. Pour ces actifs et ces cas d'utilisation, l'abondance de la technologie des capteurs et la connectivité limitée nécessitent un « cerveau » sur site pour traiter et stocker les données, assurer la disponibilité de la disponibilité, exécuter des agents de cybersécurité et potentiellement fournir une surveillance et un contrôle sans intervention humaine. Les plates-formes informatiques Edge fournissent ces capacités et, par conséquent, les moyens d'exploiter les données des capteurs pour réaliser les capacités de l'industrie 4.0.

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